[发明专利]一种纳米上浆剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米上浆剂，包括以下组分及各组分的质量分数如下：环氧树脂25%～45%；MOSS纳米粒子0.1%～5.5%；表面活性剂15%～25%；润滑剂0.5%～2.5%；去离子水35%～50%。本发明还公开了该纳米上浆剂的制备方法。本发明含MOSS纳米粒子的水性环氧乳液型碳纤维上浆剂比现有非纳米粒子的水性环氧乳液型碳纤维上浆剂效果更好，对碳纤维与树脂基体的相容性、浸润性、界面性能增益，碳纤维复合材料的力学性能具有显著改善。经测试：含MOSS的纳米上浆剂处理的碳纤维制备成的单向板，其短梁强度提高10%~30%。

技术领域

本发明涉及一种纳米上浆剂及其制备方法，属于碳纤维上浆剂技术领域。

背景技术

碳纤维具有较好的高比强度、高比模量、耐高温、抗腐蚀、耐疲劳等优异性能。目前世界上生产和销售的碳纤维由于碳纤维属于脆性材料，在生产及深加工过程中，经机械摩擦容易产生毛丝及单丝断裂等现象，不仅使碳纤维的强度降低，而且毛丝的存在还会使基体树脂不能充分浸润碳纤维，这样就会在制备的复合材料中产生孔隙，影响复合材料的力学性能。为了解决这一问题，通常对碳纤维进行上浆处理。同时，碳纤维表面的上浆层是增强纤维与基体树脂之间界面黏结的过渡层，对两相复合有着重要的影响。

碳纤维复合材料力学性能的好坏主要取决于碳纤维、基体的性能以及纤维与基体之间界面黏结的紧密程度。为了改善碳纤维复合材料的界面性能，通常需要对碳纤维表面进行处理，主要是氧化处理。表面处理的方法很多。表面处理后，碳纤维表面能增加，容易吸附空气中杂质，从而使表面活性基团失活，因此涂上一层组成与基体结构相似的上浆剂，可以有效保护碳纤维表面活性基团，提高基体对纤维的浸润性。另外，上浆还可以提高纤维表面的粗糙度，增强锚定效应，从而改善复合材料的界面黏结。

如何提高碳纤维增强树脂基复合材料界面结合强度已成为研究热点。在碳纤维与树脂基体中引入纳米粒子成为一种重要的方法。纳米粒子是指粒度在1～100nm之间的粒子，其结构特征使它具有小尺寸效应、表面效应、量子效应和界面效应等，导致材料的结构与性能发生了新异的物理化学变化。因此，在碳纤维上浆剂中共混适当的纳米粒子能显著增益碳纤维与树脂基体的界面，进而提高碳纤维复合材料的力学性能。

近年见诸的碳纤维的纳米上浆剂报道，如专利CN201410254964.9、利CN102212967A、 CN102817241A、CN201510976902.3、CN201510555516.7等将SiO₂、POSS、碳纳米管等纳米粒子添加到碳纤维上浆剂中，以达到提高复合材料的力学性能的目的。但是，SiO₂、POSS、碳纳米管等纳米粒子易发生团聚，不宜分散，或者分散后析出，加入上浆剂后，导致上浆剂不稳定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种纳米上浆剂及其制备方法，在碳纤维上浆剂中引入MOSS纳米粒子，能够改善碳纤维与树脂基体的界面结合强度，提高碳纤维增强复合材料的力学性能，本发明添加的MOSS纳米粒子可以在水中均匀分散且能够在上浆剂中稳定存在。

为解决上述技术问题，本发明提供一种纳米上浆剂，包括以下组分及各组分的质量分数如下：

优选地，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂。

优选地，所述表面活性剂为烷基酚聚氧乙烯醚型表面活性剂。

优选地，所述润滑剂为聚乙二醇月桂酸酯或聚乙二醇硬脂酸酯。

优选地，所述去离子水的电导率小于或等于1μs/cm。

优选地，所述纳米上浆剂的粒径为200～300nm，表面张力为32～38mN/m。

本发明还提供一种上述的纳米上浆剂的制备方法，包括：

将环氧树脂添加到烧瓶中，将烧瓶升温到88～92℃；